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Januar 17, 2010

Dezentrale Automatisierung für Verpackungsmaschinen

Der Anspruch an automatisierte Umsetzung von Verpackungslösungen steigt stetig. Allerdings stehen die Hersteller von Verpackungsmaschinen unter einem enormen Preisdruck. Häufige Produkt- und Formatwechsel sind für ihre Kunden heute an der Tagesordnung. Darum brauchen sie flexible Maschinen, die schnell und einfach umzurüsten und dennoch leicht bedienbar sind. Diese Anforderungen haben mit der Zeit dazu geführt, dass im Verpackungsmaschinenbau die servoelektrische Antriebs- und Steuerungstechnik Einzug gehalten haben. Die hohen Automatisierungsgrade fordern prozessoptimierte Lösungen, die sowohl zukunftssicher als auch bezahlbar sind. Deshalb hat die AMK eine komplette mechatronische Funktionseinheit entwickelt, die dezentral in die Maschine einbaut werden kann. Als anschlussfertige kompakte Einheit aus Hightorque-Motor, Servoregler und Winkelgeber bietet der neue AMKASMART IDT4 sehr gute Servo-Eigenschaften. Er eignet sich bestens für Positionieraufgaben in Verpackungsmaschinen. Durch den kompakten Aufbau des AMKASMART Motors benötigt dieser nicht mehr Einbauraum als ein herkömmlicher Motor ohne integrierten Servoregler. Dies bedeutet Einsparungen an Schaltschrankvolumen, Kabel und Verdrahtungsaufwand. Optional kann er mit einer mechanischen Haltebremse, einem Getriebe oder einem Multiturngeber ausgerüstet werden. Die Einbindung in eine übergeordnete Systemstruktur ist jederzeit problemlos möglich, da die Durchgängigkeit über die ACC-Bus-Schnittstelle basierend auf CANopen volle Kompatibilität zu allen Modulen aus dem AMKASYN-Baukasten bietet. Die dezentrale Systemarchitektur ermöglicht den Herstellern von Verpackungsmaschinen zudem eine Modulbauweise – und somit erhöhte Flexibilität und reduzierte Lieferzeiten.

Neues Plugin-Modul für Ethernet-kompatible Bewegungssteuerung

Der Wechsel hin zur echtzeitgesteuerten und deterministischen Ethernet-kompatiblen Bewegungssteuerung im Maschinenbau erfreut sich steigender Beliebtheit. Baldor hat für die Bewegungs- und Maschinensteuerung seiner Ethernet-kompatiblen Powerlink-Antriebe ein neues Plugin-Modul auf den Markt gebracht. Durch diesen neuen Controller kann der Maschinenbau auf die Verwendung von separaten externen Netzwerkcontrollern verzichten. Das neue Mint Machine-Modul wird einfach in den Hardware-Erweiterungssteckplatz eines der Powerlink-kompatiblen Drehstrom-Motorantriebe der MotiFlex-Reihe von Baldor eingesetzt. Die Erweiterungskarte wird in zwei Variationen angeboten: Eine Version für zwei Achsen, die den Powerlink-Hostantrieb plus einen weiteren externen Antrieb über eine konventionelle analoge Schnittstelle steuert, oder eine High-Speed-Version, die ausserdem als Powerlink-Netzwerkcontroller eingesetzt wird, um ein komplettes mehrachsiges Steuerungssystem zu verwalten. Beide Optionen sind mit Baldors Mint, der leistungsstarken Programmiersprache zur Bewegungssteuerung und ihrer umfangreichen Entwicklungsumgebung kompatibel. Der Designansatz fügt den Vorteilen durch die Reduzierung der Verkabelung, der vereinfachten Systemerstellung und der Ethernet-kompatiblen Powerlink-Netzwerke eine Reihe weiterer Einsparungsmöglichkeiten hinzu. Der Hardwarebedarf wird reduziert, da durch das Modul auf einen separaten Systemcontroller verzichtet werden kann. Darüber hinaus fallen die sonst erforderliche Verkabelung, die Stromversorgung und der Verdrahtungsaufwand im Schaltschrank weg. Die Maschinenbauindustrie profitiert allein durch das Einstecken eines Controllers in den Antrieb von der vollständigen Flexibilität einer Steuerungssystem-Architektur, da der Antrieb als eigenständige intelligente Automatisierungslösung, als dezentrales Element eines grösseren Powerlink-Netzwerks oder als komplettes, autonom arbeitendes Bewegungssteuerungssystem für mehrere Achsen eingesetzt werden kann.

Getriebe aus Edelstahl

In der Lebensmittelbranche, der chemischen, petrochemischen und der pharmazeutischen Industrie werden inzwischen sehr hohe Ansprüche an Hygiene, Sauberkeit und Korrosionsschutz gestellt. Nicht zuletzt aufgrund rechtlicher Grundlagen und verschiedener Normen werden die Ansprüche an die Materialgüte permanent höher. Maschinen und Produktionsanlagen, welche in dieser Branche ihren Einsatz finden, werden deshalb zum grössten Teil aus Edelstahl gefertigt. Der Werkstoff lässt sich relativ einfach reinigen und ist zudem korrosionsbeständig. Das Material besitzt somit optimale Eigenschaften für derartige Anwendungen. Wie sieht es mit den Antrieben für solche Anlagen aus? Bezüglich der in den Maschinen eingesetzten Getriebe und Getriebemotoren konnten Maschinenhersteller bisher noch nicht auf Edelstahl zurückgreifen. Aufgrund dieser Tatsache kam von den verschiedensten Maschinenherstellern und Anlagenbauern immer wieder die Anregung, auch die Antriebskompontenten aus Edelstahl zu fertigen. Hintergrund hierbei ist die Gegebenheit, dass die besagten Antriebe innerhalb von Maschinen und Produktionsanlagen in aller Regel schlecht bzw. gar nicht zugänglich sind, so dass eine vollständige Reinigung nicht möglich ist. In Vertiefungen, wie zum Beispiel in den Kühlrippen der Gehäuse lagern sich Materialreste und Keime ab, so dass sehr aggressive Reiniger und Desinfektionsmittel eingesetzt werden müssen, um die hygienischen Anforderungen sicherzustellen. Diese aggressiven Medien in Verbindung mit Wasser führen jedoch zu Korrosionsschäden an den Antrieben, deren Gehäuse in der Regel aus Grauguss oder Aluminium bestehen. Bisher wurde immer wieder versucht, die Korrosionsprobleme durch aufwendige Beschichtungen in den Griff zu bekommen. Diese Lösung konnte sich allerdings nicht durchsetzen, da die Beschichtung nach einiger Zeit durch die Reinigung der Antriebe mit Hochdruckreinigern und die Verwendung aggressiver Reiniger abblättert. Eine Lösung aus Edelstahl schien von Zeit zu Zeit unumgänglich zu werden, konnte jedoch bisher nicht zufrieden stellend umgesetzt werden. Das in der Antriebstechnik tätige Unternehmen Carl Rehfuss (Generalvertretung für die Schweiz: Haag Antriebstechnik AG) hat auf die Forderungen seiner Kunden reagiert und kann bereits jetzt eine Schneckengetriebereihe komplett in Edelstahl und mit absolut glatter Oberfläche anbieten. Die Gehäuse, sowohl der durch einen IEC-Flansch angebaute Motor bestehen aus rostfreiem Edelstahl 1.4308. Viele Kunden und Interessenten sind von dem Produkt begeistert, da hierdurch mit einem Schlag eine Vielzahl von Problemen mit Korrosion und Reinigung gelöst wird. Dies bringt klare Wettbewerbsvorteile für die Maschinen und Anlagen.

Komplette Ethernet-Lösung für Bewegungssteuerungen

Ethernet-Powerlink-kompatible Hardware/Software bietet eine neue Plattform für Maschinensteuerungen. Baldor stellt eine innovative Lösung für die Integration von Maschinen- und Bewegungssteuerungssystemen mit dem auf Industriestandards basierten Ethernet-Powerlink-Protokoll vor. Das Produktprogramm mit Servoantrieben, einer Maschinensteuerung mit komplettem Funktionsumfang zur Steuerung von über 200 Bewegungsachsen und einer lizenzfreien Softwareumgebung bietet Maschinenbauern eine Plattform, die ganz neue Perspektiven eröffnet. Zu den zahlreichen Vorteilen dieser Maschinensteuerung mit ihrer neuen Ethernet-freundlichen Architektur gehören die Möglichkeit, dem Endkunden Maschinen anzubieten, die nahtlos in vorhandene LANs und WANs integriert werden können, sowie die einfachere Systemaufstellung und -inbetriebnahme. Dazu kommen die Einsparung von Hardware durch weniger Verdrahtungsaufwand, der Einsatz einer einzigen Steuerung für fast jede Anwendung – sogar dort, wo sehr viele Bewegungsachsen verlangt werden -, die Möglichkeit, die kostengünstigste Hardware auf dem Markt auszuwählen und der Wegfall von Lizenzgebühren für die Systeme. Kernstück des neuen Baldor-Angebots ist die neue NextMove e100 Steuerungsplattform. Dieses kompakte Gehäuse für den Schalttafeleinbau bietet einen Echtzeitkern für die Steuerung von über 200 Ethernet Powerlink-Geräten wie z.B. Antrieben, Absolutgebern, E/A-Modulen, Gateways usw. – darunter bis zu 16 interpolierte Achsen – und eine umfangreiche Ergänzung allgemeiner Maschinensteuerungs- und Konnektivitätsfunktionen. Dazu gehören analoge und digitale Onboard-E/A-Module und ein USB-Port für den einfachen Anschluss an PC-Hosts – mit kostenlosen ActiveX-Support-Tools. Die Steuerung unterstützt ferner drei herkömmliche analog gesteuerte Servoachsen und vier Schrittmotor- oder Regelungsachsen für grösstmögliche Flexibilität im Systemdesign, wodurch es OEMs möglich wird, auch weiterhin mit konventioneller Steuerungstechnik zu arbeiten, wenn Ethernet noch nicht zur Verfügung steht. Eine CANopen-Schnittstelle sorgt zudem für eine kostengünstige Methode zur Integration von lokalen oder Remote-I/O-Modulen und anderen Komponenten in das Maschinensteuerungssystem; gestützt wird diese Lösung durch die Entscheidung der Ethernet Powerlink-Gruppe zu Gunsten der Verwendung von CANopen-Geräteprofilen. Der Anwender kann beliebige, locker koordinierte Achsen mit dem CiA DS402 Stellantriebsprofil steuern.

Kompakt-Flachgetriebemotor für Förderschnecken und -bänder

Der neu entwickelte Flachgetriebemotor FGA 103 von ABM Greiffenberger Antriebstechnik deckt den Drehmomentbereich bis 100 Nm bei Motorleistungen bis 0,55 kW ab. Das Getriebe zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Wegen seiner kleinen, kompakten Bauform kann es gut angebaut werden. Das Aluminiumgehäuse hat ein geringes Eigengewicht. Als Druckguss-Teil bietet es eine glatte und korrosionsfreie Oberfläche.

Elektroantriebe in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie

Die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie ist der zweitgrösste Abnehmer von Antriebstechnik und dementsprechend bedeutend für das Wachstum auf dem europäischen Markt für Elektroantriebe. Für die Zulieferer von Antriebstechnologien ist ein besseres Verständnis der Kundendynamik und der vorhandenen Wachstumsmöglichkeiten in dieser zentralen Anwendungsbranche daher essentiell. Innerhalb der Nahrungsmittel- und Getränkebranche existiert ein immenses Potenzial für die Antriebshersteller, das es zu nutzen gilt. Die verkauften Stückzahlen belegen, dass ein Teil der Kunden pro Bestellung nur wenige Antriebe kauft. Die Daten zeigen, dass die Anwender, um alle ihre Antriebserfordernisse zu befriedigen, ein grösseres Zuliefererspektrum und eine höhere Belieferungsfrequenz bevorzugen, anstatt von einer Lieferquelle abhängig zu sein. Einerseits weist dieser Anwendertrend darauf hin, dass sich für die Anbieter Chancen eröffnen, neue Kundenkreise zu erschliessen, gleichzeitig betont er aber auch die Notwendigkeit, kontinuierlich guten Kundenservice anzubieten, um den vorhandenen Kundenstamm halten zu können. Aus dem Blickwinkel der Kunden betrachtet sind ein günstiger Preis und die Zuverlässigkeit des Produktes von allerhöchster Priorität. Die Aussichten für Hersteller von Elektroantrieben zum Einsatz in der Nahrungsmittel- und Getränkebranche sind sehr gut. Beträchtliche jährliche Zuwächse werden den negativen Auswirkungen eines weiteren Preisverfalls entgegenwirken. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie auch in Zukunft die zweitgrösste Einnahmenquelle für Antriebshersteller sein wird. Dank technischem Fortschritt, zunehmendem Einsatz von Antrieben in allen Produktionsbereichen und andauerndem Kaufinteresse sollen die Erlöse aus Antriebsverkäufen an die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie von schätzungsweise 191,4 Millionen US-Dollar in 2001 auf 238,3 Millionen Dollar in 2008 ansteigen. Ein natürlicher Nebeneffekt der prognostizierten Marktausdehnung ist verstärkter Wettbewerb. Die entscheidenden Wettbewerbskriterien werden in den Themenkreisen Preis, Technik und Spezialisierung gesehen. Dementsprechend werden diejenigen Hersteller am meisten von der Marktentwicklung profitieren, die fähig sind, ihre Antriebe zu wettbewerbsfähigen Preisen anzubieten, gute Techniken zu entwickeln und ihre Produkte branchenspezifisch auszurichten (www.motors.frost.com).

Antriebsbasierte Automation

Die Einführung der dezentralen Antriebs- und Steuerungstechnik hat in den vergangenen Jahren zu umwälzenden Veränderungen im Verpackungsmaschinenbau geführt. Statt mechanischer Lösungen setzen sich heute elektrische Systemarchitekturen durch. Die antriebsbasierte Form der Automatisierung bietet hier höchste Flexibilität und Modularität. Die Lenze-Gruppe verfolgt seit Jahren als Trendsetter den Weg der antriebsbasierten Steuerung mit speziellen Lösungsmöglichkeiten für die Verpackungsindustrie. Auf Basis des allgemeinen Standards der IEC 61131-3 lassen sich die Servoumrichter der Reihe 9300 Servo PLC frei programmieren und so auf die individuellen Kundenwünsche optimal anpassen. Darüber hinaus hat Lenze Bachofen AG komplexe Bewegungsprofile, wie beispielsweise die elektronische Kurvenscheibe, schon in vorgedachten, parametrierfähigen Lösungen integriert. Grundfunktionen für Anwendungen in beispielsweise Form-, Füll- oder Verschliessmaschinen verkürzen erheblich die Inbetriebnahmezeiten. Das Konzept parametrierfähiger Lösungen bietet das Unternehmen auch für Wickel- und Positionieraufgaben an. Das System unterstützt Kunden bei der Realisierung der verschiedenen Aufgaben – egal, was es zu verpacken gibt. Es besteht aus: Frequenzumrichter mit passenden Getriebemotoren, Kupplungs-/Bremskombination oder zur Übernahme von Automatisierungsfunktionalitäten, Servoregler mit dynamischen Servomotoren oder Servogetriebemotoren im Direktanbau.

Servoantriebe speziell für den Mehrachsbetrieb

Die dynamischen Servoregler von Lenze Bachofen AG sind speziell auf Mehrachsanwendungen abgestimmt. Die Geräte verfügen deshalb über hohe Überlastfähigkeit. Die Funktionalität wurde auf zentrale Steuerungskonzepte zugeschnitten – und dazu gibt es noch abgestimmte Servomotoren in neuer Bauform. Sie eignen sich zum Antrieb von Handhabungssystemen und Robotern sowie für das breite Feld der Verpackungsmaschinen. Die optimierten Stellglieder für den Synchronbetrieb wurden mit einer zentralen Versorgungseinheit ausgerüstet. Sie ermöglicht einen Energieaustausch über die gemeinsame Nutzung des Zwischenkreises und nimmt gleichzeitig einen Bremswiderstand für dynamische Bewegungsabläufe auf. Das spart Verdrahtungskosten sowie Schaltelemente und Netzfilter im Netzeingang. Dazu passend gibt es jetzt auch neue Servomotoren mit einer deutlich höheren Performance. So wurden die Motoren mit einem elektronischen Typenschild ausgestattet, um die Inbetriebnahme wesentlich zu vereinfachen. Auf dem Speicherchip sind alle wesentlichen Motor- und Geberdaten abgelegt. Beim Einschalten des Servoreglers liest dieser die aktuellen Daten aus und stellt seine Reglerparameter auf den angeschlossenen Motor ein.

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